Схема контроль напряжения аккумулятора: Схема контроля напряжения аккумулятора

Содержание

ИНДИКАТОР НАПРЯЖЕНИЯ БАТАРЕИ НА 2 LED

После зарядки напряжение аккумулятора составляет максимальное значение, после чего оно медленно падает по мере разрядки. Предельное напряжение, ниже которого батареи не должны разряжаться, очень важно не пропустить, чтоб не испортить сам АКБ. Значит нужен индикатор, который бы указывал состояние заряда батарей и момент, когда их требуется срочно зарядить. Предлагаем собрать простой индикатор напряжения, который в отличии от схем на ОУ выполнен всего на одном транзисторе.  

Схема, плата и детали индикатора

Номиналы деталей предназначены под АКБ 24 В:

  • R1 — 30k 
  • R2 — 5k 
  • P — 10k миниатюрный потенциометр, 
  • T — транзистор, например BC108B, 
  • D1 — красный светодиод, 
  • D — двойной красно-зеленый светодиод.

Сам индикатор представляет собой двойной светодиод с красным и зеленым цветом. Когда аккумуляторные батареи заряжены, светодиод горит только зеленым.

Когда он разряжается, при определенном напряжении начинает светиться красный кристалл диода, а зеленый медленно гаснет. Поскольку в определенном диапазоне напряжений оба диода светятся, в результате смешивания света зеленый цвет превращается в желтый, затем в оранжевый, и наконец, когда зеленый светодиод полностью выключается, включается яркий красный цвет. Это уже предельное напряжение и сигнал для того, чтобы перезарядить батареи.

Нижнее напряжение устанавливается с помощью потенциометра P. С другой стороны, диапазон в котором светятся оба LED, будет зависеть от транзистора T, то есть его коэффициента усиления. Когда транзистор имеет низкий коэффициент, оба светодиода загораются практически во всем диапазоне полезных напряжений — это не очень хорошо.

Когда транзистор имеет высокий коэффициент усиления, диапазон общего освещения очень мал и можно установить предельное напряжение довольно точно. Но лучшее решение — когда этот диапазон включает напряжение 2-3 В, тогда светодиод сначала светится желтым, а затем оранжевым светом, что указывает на приближение к граничному напряжению. Этот диапазон обеспечивается транзисторами с коэффициентом усиления 250-300. 

Большинство мультиметров, даже дешевых, имеют гнездо для измерения коэффициента усиления транзисторов hfE, поэтому его значение можно будет легко проверить перед сборкой. 

Светодиод D1 (красный) не показывает напряжение (хотя и светится), он используется только для задавания соответствующей разности напряжений между зеленым и красным светодиодом (D). Для калибровки индикатора потребуется регулируемый источник питания.

   Форум

   Форум по обсуждению материала ИНДИКАТОР НАПРЯЖЕНИЯ БАТАРЕИ НА 2 LED

Индикатор уровня напряжения аккумулятора на светодиодах и ОУ LM339

Сейчас вольтметр на приборной панели автомобиля — большая редкость. Все больше лампочки с изображением аккумулятора. Лампочка эта загорается когда нет зарядки аккумулятора. И все же, нужен хотя бы какой-то индикатор, показывающий ориентировочно напряжение.

Здесь приводится схема хорошо проверенного автомобильного индикатора напряжения, который можно применять и для других целей. Схема состоит из четырех компараторов микросхемы LM339. Соответственно, получается четырехпороговое устройство индикации.

Особенность схемы в том, что порог напряжения для каждого светодиода можно установить произвольно, причем делается это очень легко и не требует какого-либо вторжения в схему. Нужно всего-то подать на схему напряжение и покрутить один из подстроечных резисторов так, чтобы при этом напряжение загорался соответствующий светодиод. Практически, можно задать любые пороги для четырех светодиодных индикаторов, и даже в любом порядке.

При этом нижний предел ограничивается напряжением 6V (напряжение, при котором еще хорошо работает ИМС LM339), а верхний зависит от сопротивления R6, величина которого в килоомах должна быть равна верхнему пределу напряжения в вольтах. Еще нужно учесть, что верхнее напряжение не должно быть более 30В (максимум напряжения питания ИМС LM339).

Схема питается от измеряемого напряжения. На прямые входы компараторов поступает напряжение с подстроечных резисторов R2-R5. Для каждого из компараторов можно установить свое опорное напряжение.

Чтобы опорное напряжение не менялось при изменении напряжения питания, оно стабилизировано стабилитроном VD1. Измеряемое напряжение поступает на соединенные вместе инверсные входы компараторов через делитель на резисторах R6 и R7.

Светодиоды можно заменить любыми индикаторными. Если предполагается измерять напряжение более 20V желательно несколько увеличить сопротивления резисторов R8-R11 чтобы не возникало перегрузки по току выходов компараторов. Если требуется большая точность задания порогов нужно чтобы подстроечные резисторы были многооборотными.

Клотов Н. РК-2016-01.

Универсальный индикатор разряда аккумулятора


Ни одно переносное электронное устройство, будь то портативная колонка для телефона, сам телефон, плеер и т.д. не обходится без аккумулятора. Огромной популярностью сейчас пользуются литий-ионные аккумуляторы номинальным напряжением 3,7 вольт, они компактны, относительно недороги и могут иметь большую ёмкость. Их недостатком является то, что они бояться глубокого разряда (ниже 3 вольт), поэтому при их использовании необходимо периодически следить за напряжением на аккумуляторе, иначе он может попросту сломаться от переразряда. При создании самодельных портативных устройств бывает не лишним устанавливать внутрь модуль, показывающий, на каком уровне находится напряжение в данный момент. Схема именно такого модуля представлена ниже. Главное её преимущество в универсальности – границы срабатывания индикации настраиваются в широких пределах, поэтому схему можно использовать как для индикации напряжения на низковольтных литий-ионных аккумуляторах, так и на автомобильных.

Схема



Схема содержит 5 светодиодов, каждый из которых загорается при определённом напряжении на аккумуляторе. Порог срабатывания светодиодов 1-4 задаётся подстроечными резисторами, а 5 светодиод загорается при самом минимальном напряжении на аккумуляторе. Таким образом, если горят все 5 светодиодов, значит аккумулятор полностью заряжен, а если горит только первый – значит аккумулятор уже давно пора поставить на зарядку. В схеме используются 4 компаратора для сравнения напряжения аккумулятора с опорным, все они содержатся в одном корпусе микросхемы LM239. Для создания опорного напряжения, равного 1,25 вольт используется микросхема LM317LZ. Делитель из резисторов R1 и R2 понижает напряжение аккумулятора до уровня ниже 1,25 вольт для того, чтобы компараторы могли сравнить его с опорным. Таким образом, если схема будет использовать с автомобильным аккумулятором на 12 вольт, сопротивление резистора R6 нужно поднять до 120-130 кОм. Светодиоды для наглядности восприятия показаний желательно применить разных цветов, например, синий, зелёный, жёлтый, белый и красный.

Сборка индикатора


Скачайте плату:

Вся схема изготавливается на печатной плате размерами 35 х 55 мм. Изготовить её можно методом ЛУТ, что я и сделал. Несколько фотографий процесса:



Отверстия сверлятся сверлом 0,8 мм, дорожки после сверления желательно залудить. После изготовления платы можно приступать к установке на неё деталей – в первую очередь устанавливаются перемычки и резисторы, затем всё остальное. Светодиоды можно вывести с платы на проводах, а можно и запаять в один ряд на плату. Для подключения проводов к аккумулятору лучше всего использовать сдвоенный винтовой клеммник, а микросхему желательно установить в панельку – тогда её можно будет заменить в любой момент. Важно не перепутать цоколёвку микросхемы LM317LZ, первый её вывод должен соединяться с минусом схемы, а третий с плюсом. После завершения сборки нужно обязательно смыть остатки флюса с платы, проверить правильность монтажа, прозвонить соседние дорожки на замыкание.


Испытания и настройка


Теперь можно брать любой аккумулятор, подсоединять его к плате и проверять работоспособность схемы. Первым делом после подключения аккумулятора проверяем напряжение на 2 выводе LM317LZ, там должно быть 1,25 вольт. Затем проверяем напряжение в точке соединения резисторов R1 и R2, там должно быть около 1 вольта. Теперь можно взять вольтметр и регулируемый источник напряжения и вращением подстроечных резисторов выставить нужные пороги срабатывания для каждого из светодиодов. Для литий-ионного аккумулятора оптимально будет выставить следующие пороги срабатывания: LED1 – 4.1 B, LED2 – 3,9 B, LED3 – 3,7 B, LED4 – 3,5 вольт. При подключении к схеме тестируемого аккумулятора обязательно нужно соблюдать полярность, иначе схема может выйти из строя.

На видео наглядно продемонстрирована работа индикатора. При подключении первого аккумулятора загорелись 4 светодиода, значит напряжение на нём лежит в пределах 3,7 – 3,9 вольт, второй и третий аккумуляторы зажгли только три светодиода, значит напряжением на них находится в пределах 3,5 – 3,7 вольт.

Смотрите видео работы индикатора


Индикатор саморазряда АКБ

У владельцев автомобилей для гольфа, яхт, да и просто автолюбителей, которые на длительное время оставляют своих «железных коней» в гараже, довольно часто возникает проблема с контролем заряда, а вернее с саморазрядом аккумулятора.

Как известно, аккумуляторы длительно находящиеся на хранении подвержены саморазряду, что приводит, в конечном итоге, к выходу их из строя. Представленный в данной статье индикатор низкого напряжения аккумулятора предназначен для контроля уровня заряда аккумуляторной батареи.

Это очень простая схема, в которой в виде индикатора низкого напряжения используется светодиод. Принцип работы устройства прост и нагляден – при снятии аккумуляторной батареи на хранение, вы, как обычно в этом случае делают – заряжаете ее. Для этого, при отсутствии специального ЗУ, можно воспользоваться лабораторным блоком питания.

После полной зарядки помещаете батарею в сухое прохладное место, рекомендуемая температура хранения АКБ обычно составляет 20°С, и подключаете к выводам батареи данный индикатор низкого напряжения. При снижении напряжения на батарее до 11,6 В зажигается светодиод, показывающий, что аккумулятор необходимо подзарядить.

Как уже упоминалось, схема индикатора очень простая и состоит из минимального набора деталей.

Транзистор BC557 типа PNP управляет загоранием светодиода . База транзистора смещается стабилитроном на VD1. Пока напряжение батареи остается выше 11,6 В , стабилитрон держит базу транзистора VT1 под высоким потенциалом – транзистор закрыт. При разряде батареи, стабилитрон VD1 открывает базу и через транзистор VT1 начинает протекать ток. Соответственно индикатор HL1 начинает светится, предупреждая о низком уровне зарядки аккумулятора. В схеме индикатора низкого напряжения специально предусмотрен переменный резистор для тонкой настройки индикации. Как вариант, его можно заменить на постоянный резистор, после настройки требуемого уровня напряжения.

Рекомендуем использовать следующие компоненты или их аналоги:

Для подключения к аккумулятору используются клеммы показанные на рисунке.

Одна из клемм является элементом несущей конструкции. К ней посредством 2х винтов крепится плата с расположенными на ней деталями индикатора низкого напряжения аккумулятора.

Ко второй клемме аккумулятора подключается проводник второго вывода индикатора.

Точную регулировку индикатора саморазряда АКБ можно произвести при помощи того же лабораторного блока питания.

Правильная эксплуатация и хранение аккумулятора способны значительно продлить срок его эксплуатации, а значить сэкономить ваши средства.

Контроль АКБ: напряжение, температура, ток заряда/разряда

Система контроля аккумуляторных батарей от Технотроникс обеспечивает поэлементный контроль напряжения и температуры АКБ и измерение тока заряда/разряда в каждой ветке (опционально).

Система обладает массой достоинств, главное их которых – универсальность, а именно:

  1. Адаптация к батареям любого номинала (на 2/6/12 Вольт). Устройства контроля могут быть настроены на АБ 12В, 6В, 2В непосредственно на объекте путём установки соответствующих джамперов на плате.

  2. Масштабирование на любое количество батарей и групп батарей (48В, 60В и другие).

  3. Три вида программной интеграции – Технотроникс.SQL, SNMP, Modbus. Система работает с нашим ПО «Технотроникс.SQL» и с любым программным обеспечением на базе протокола SNMP или Modbus.

  4. Наличие двух каналов связи: LAN-подключение и интерфейс RS-485. Система может передавать данные о состоянии АКБ в Центр по Ethernet и по RS-485 (Modbus RTU Modbus TCP).

  5. Наличие WEB-интерфейса у устройств контроля, что позволяет просматривать данные о состоянии АКБ без установки ПО.

  6. Помимо основных функций – контроль напряжения и температуры — опциональное измерение тока заряда/разряда батареи.

  7. Удобное подключение датчиков к клеммам АКБ.

  8. Каскадное подключение устройств контроля АКБ, что резко упрощает монтаж и минимизирует вероятность ошибок при монтаже системы контроля АКБ.

Как это реализовано?

Рис. 2. Структурно-функциональная схема контроля АКБ на примере батарей 12В.


Система контроля АКБ состоит из следующих частей (см. рис. 2):
  1. Программное обеспечение (Как мы уже говорили, это ПО «Технотроникс.SQL», а также любое ПО, работающее по протоколам SNMP или Modbus).
  2. Устройство передачи данных АКБ-12/485, которое, имея на борту одновременно Ethernet и RS-485, позволяет передавать данные напрямую в Центр мониторинга по Ethernet или подключаться к контроллеру высшего уровня по RS-485, который, в свою очередь, передаст данные в Центр.
  3. Модуль МКА4+, к которому непосредственно подключаются батареи любого номинала (2В/6В/12В). МКА 4+ измеряет напряжение, температуру АКБ, ток заряда/разряда (опционально) и передает полученные данные на АКБ-12/485.

Как Вы видите на рисунке 2, к одному устройству АКБ-12/485 можно будет подключить до 10 МКА4+. В свою очередь, к МКА4+ можно будет подключить до 5 аккумуляторных батарей либо 4 батареи + 1 датчик тока для измерения тока заряда/разряда в ветке. Отсюда, собственно, и название МКА4+. Как результат, при полной загрузке системы (1 АКБ-12/48 + 10 МКА4+) будет возможен контроль до 50 батарей! Либо мониторинг 40 батарей + измерение тока заряда/разряда в каждой ветке.


Рис. 3. Скриншот WEB-интерфейса блока мониторинга батарей АКБ-12/485 с реального объекта

Система контроля АКБ может поставляться отдельно, а может быть частью комплексной системы мониторинга энергохозяйства КУБ-Энерго.

Схема контроля заряда аккумулятора 12 вольт

В статье предлагаются два варианта индикатора, цвет свечения которого, по мере разряда батареи, изменяется от зеленого до красного. Существует огромное количество схем, предназначенных для выполнения таких функций, но все из них, на мой взгляд, слишком сложны и дороги. Для моего индикатора требуется всего пять компонентов, один из которых – двухцветный светодиод.

Простейший вариант показан на Рисунке 1. Если напряжение на клемме B+ равно 9 В, будет светиться только зеленый светодиод, поскольку напряжение на базе Q1 равно 1.58 В, в то время, как напряжение на эмиттере, равное падению напряжения на светодиоде D1, в типичном случае составляет 1.8 В, и Q1 удерживается в закрытом состоянии. По мере уменьшения заряда батареи напряжение на светодиоде D2 остается практически неизменным, а напряжение на базе уменьшается, и в какой-то момент времени Q1 начнет проводить ток. В результате часть тока станет ответвляться в красный светодиод D1, и эта доля будет увеличиваться до тех пор, пока в красный светодиод не потечет весь ток.

Рисунок 1.Базовая схема монитора напряжения батареи.

Для типичных элементов двухцветного светодиода различие в прямых напряжениях составляет 0.25 В. Именно этим значением определяется область перехода от зеленого цвета свечения к красному. Полная смена цвета свечения, задаваемая соотношением сопротивлений резисторов делителя R1 и R2, происходит в диапазоне напряжений

Середина области перехода от одного цвета к другому определяется разностью напряжений на светодиоде и на переходе база-эмиттер транзистора и равна приблизительно 1.2 В. Таким образом, изменение B+ от 7.1 В до 5.8 В приведет к смене зеленого свечения на красное.

Различия в напряжениях будут зависеть от конкретных комбинаций светодиодов и, возможно, их будет недостаточно для полного переключения цветов. Тем не менее, предлагаемую схему все равно можно использовать, включив диод последовательно с D2.

На Рисунке 2 резистор R1 заменен стабилитроном, в результате чего область перехода становится намного более узкой. Делитель больше не оказывает влияния на схему, и полная смена цвета свечения происходит при изменении напряжения B+ всего на 0.25 В. Напряжение точки перехода будет равно 1.2 В + VZ. (Здесь VZ – напряжение на стабилитроне, в нашем случае равное примерно 7.2 В).

Рисунок 2.Схема на основе стабилитрона.

Недостатком такой схемы является ее привязка к ограниченной шкале напряжений стабилитронов. Еще больше усложняет ситуацию тот факт, что низковольтные стабилитроны имеют слишком плавный излом характеристики, не позволяющий точно определить, каким будет напряжение VZ при малых токах в схеме. Одним из вариантов решения этой проблемы может быть использование резистора, включенного последовательно со стабилитроном, чтобы иметь возможность небольшой подстройки за счет некоторого увеличения напряжения перехода.

При показанных сопротивлениях резисторов схема потребляет ток порядка 1 мА. Со светодиодами повышенной яркости этого достаточно для использования прибора внутри помещения. Но даже такой небольшой ток весьма значителен для 9-вольтовой батареи, поэтому вам придется выбирать между дополнительным потреблением тока и риском оставить питание включенным, когда необходимости в нем нет. Скорее всего, после первой внеплановой замены батареи вы почувствуете пользу от этого монитора.

Схему можно преобразовать таким образом, чтобы переход от зеленого к красному свечению происходил в случае повышения входного напряжения. Для этого транзистор Q1 надо заменить на NPN и поменять местами эмиттер и коллектор. А с помощью пары NPN и PNP транзисторов можно сделать оконный компаратор.

С учетом довольно большой ширины переходной области, схема на Рисунке 1 лучше всего подходит для 9-вольтовых батарей, в то время как схема на Рисунке 2 может быть адаптирована для других напряжений.

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

Данный индикатор заряда аккумулятора основан на регулируемом стабилитроне TL431. С помощью двух резисторов можно установить напряжение пробоя в диапазоне от 2,5 В до 36 В.

Приведу две схемы применения TL431 в качестве индикатора заряда/разряда аккумулятора. Первая схема предназначена для индикатора разрядки, а вторая для индикатора уровня заряда.

Единственная разница — это добавление n-p-n транзистора, который будет включать какой-либо сигнализатор, например, светодиод или зуммер. Ниже приведу способ вычисления сопротивления R1 и примеры на некоторые напряжения.

Схема индикатора разряда аккумулятора

Стабилитрон работает таким образом, что начинает проводить ток при превышении на нем определенного напряжения, порог которого мы можем установить с помощью делителя напряжения на резисторах R1 и R2. В случае индикатора разряда, светодиодный индикатор должен гореть, когда напряжение батареи меньше, чем необходимо. Поэтому в схему добавлен n-p-n транзистор.

Как можно видеть регулируемый стабилитрон регулирует отрицательный потенциал, поэтому в схему добавлен резистор R3, задачей которого является включение транзистора, когда TL431 выключен. Резистор этот на 11k, подобранный методом проб и ошибок. Резистор R4 служит для ограничения тока на светодиоде, его можно вычислить с помощью закона Ома.

Конечно, можно обойтись и без транзистора, но тогда светодиод будет гаснуть, когда напряжение упадет ниже выставленного уровня — схема ниже. Безусловно, такая схема не будет работать при низких напряжениях из-за отсутствия достаточного напряжения и/или тока для питания светодиода. Данная схема имеет один минус, который заключается в постоянном потреблении тока, в районе 10 мА.

Схема индикатора заряда аккумулятора

В данном случае индикатор заряда будет гореть постоянно, когда напряжение больше, чем то, которые мы определили с помощью R1 и R2. Резистор R3 служит для ограничения тока на диод.

Пришло время для того, что всем нравится больше всего — математики

Я уже говорил в начале, что напряжение пробоя может изменяться от 2,5В до 36В посредством входа «Ref». И поэтому, давайте попытаемся кое-что подсчитать. Предположим, что индикатор должен загореться при снижении напряжении аккумулятора ниже 12 вольт.

Сопротивление резистора R2 может быть любого номинала. Однако лучше всего использовать круглые числа (для облегчения подсчета), например 1к (1000 Ом), 10к (10 000 Ом).

Резистор R1 рассчитаем по следующей формуле:

R1=R2*(Vo/2,5В — 1)

Предположим, что наш резистор R2 имеет сопротивление 1к (1000 Ом).

Vo — напряжение, при котором должен произойти пробой (в нашем случае 12В).

R1=1000*((12/2,5) — 1)= 1000(4,8 — 1)= 1000*3,8=3,8к (3800 Ом).

Т. е. сопротивление резисторов для 12В выглядят следующим образом:

А здесь небольшой список для ленивых. Для резистора R2=1к, сопротивление R1 составит:

  • 5В – 1к
  • 7,2В – 1,88к
  • 9В – 2,6к
  • 12В – 3,8к
  • 15В — 5к
  • 18В – 6,2к
  • 20В – 7к
  • 24В – 8,6к

Для низкого напряжения, например, 3,6В резистор R2 должен иметь бОльшее сопротивление, например, 10к поскольку ток потребления схемы при этом будет меньше.

Зачем следить за состоянием аккумулятора?

Автомобильный аккумулятор состоит из шести последовательно соединённых аккумуляторных батарей с напряжением питания 2,1 — 2,16В. В норме АКБ должен выдавать 13 — 13,5В. Нельзя допускать значительного разряда аккумуляторной батареи, поскольку при этом падает плотность и, соответственно, повышается температура промерзания электролита.

Чем выше износ аккумулятора, тем меньшее время он удерживает заряд. В тёплое время года это не критично, а вот зимой забытые во включённом состоянии габаритные огни к моменту возвращения способны полностью «убить» аккумулятор, превратив содержимое в кусок льда.

В таблице можно увидеть температуру промерзания электролита, в зависимости от степени заряженности агрегата.

Зависимость температуры промерзания электролита от степени заряда аккумулятора
Плотность электролита, мг/см. куб.Напряжение, В (без нагрузки)Напряжение, В (с нагрузкой 100 А)Степень заряда АКБ, %Температура замерзания электролита, гр. Цельсия
111011,78,40,0-7
113011,88,710,0-9
114011,98,820,0-11
115011,99,025,0-13
116012,09,130,0-14
118012,19,545,0-18
119012,29,650,0-24
121012,39,960,0-32
122012,410,170,0-37
123012,410,275,0-42
124012,510,380,0-46
127012,710,8100,0-60

Критическим считается падение уровня заряда ниже 70%. Все автомобильные электроприборы потребляют не напряжение, а ток. Без нагрузки даже сильно разряженный аккумулятор может показывать нормальное напряжение. Но при низком уровне, во время запуска двигателя, будет отмечаться сильная «просадка» напряжения, что является тревожным сигналом.

Своевременно заметить приближающуюся катастрофу возможно лишь в том случае, когда непосредственно в салоне установлен индикатор. Если во время работы автомобиля он постоянно сигнализирует о разрядке – пора ехать на СТО.

Какие существуют индикаторы

Многие АКБ, особенно необслуживаемые, имеют встроенный датчик (гигрометр), принцип работы которого основан на измерении плотности электролита.

Этот датчик контролирует состояние электролит и ценность его показателей относительна. Не очень удобно по несколько раз залазить под капот автомобиля, что бы проконтролировать состояние электролита в разных режимах работы.

Для контроля состояния АКБ значительно удобнее электронные приборы.

Виды индикаторов заряда аккумуляторной батареи

В автомагазинах продаётся множество таких устройств, различающихся дизайном и функционалом. Фабричные приборы условно делятся на нескольких типов.

По способу подключения:

  • к разъёму прикуривателя;
  • к бортовой сети.

По способу отображения сигнала:

Принцип работы у них одинаков, определение уровня заряда АКБ и отображение информации в наглядном виде.

Принципиальная схема индикатора

Как сделать индикатор заряда аккумулятора на светодиодах?

Существуют десятки разнообразных схем контроля, но результат они выдают идентичный. Подобное устройство возможно собрать самостоятельно из подручных материалов. Выбор схемы и комплектующих зависит исключительно от ваших возможностей, фантазии и ассортимента ближайшего магазина радиотоваров.

Вот схема для понимания как работает индикатор заряда аккумулятора на светодиодах. Такую портативную модель можно собрать «на коленке» за несколько минут.

Д809 – стабилитрон на 9В ограничивает напряжение на светодиодах, а на трёх резисторах собран сам дифференциатор. Такой светодиодный индикатор срабатывает на силу тока в цепи. При напряжении 14В и выше сила тока достаточно для свечения всех светодиодов, при напряжении 12-13,5В светятся VD2 и VD3, ниже 12В — VD1.

Более продвинутый вариант при минимуме деталей можно собрать на бюджетном индикаторе напряжения — микросхеме AN6884 (KA2284).

Схема led индикатора уровня заряда АКБ на компараторе напряжения

Схема работает по принципу компаратора. VD1 – стабилитрон на 7,6В, он служит в качестве эталонного источника напряжения. R1 – делитель напряжения. При первоначальной настройке он выставляется в такое положение, чтобы при напряжении 14В светились все светодиоды. Напряжение, поступающее на входы 8 и 9, сравнивается через компаратор, а результат дешифруется на 5 уровней, зажигая соответствующие светодиоды.

Контроллер зарядки АКБ

Что бы отслеживать состояние аккума во время работы зарядного устройства, делаем контроллер заряда АКБ. Схема устройства и используемые компоненты максимально доступны, в то же время обеспечивают полный контроль над процессом подзарядки батарей.

Принцип работы контроллера следующий: пока напряжение на аккумуляторе ниже напряжения заряда – горит зелёный светодиод. Как только напряжение сравняется, открывается транзистор, зажигая красный светодиод. Изменение резистора перед базой транзистора меняет уровень напряжения, необходимого для открытия транзистора.

Это универсальная схема контроля, которую можно использовать как для мощных автомобильных аккумуляторов, так и для миниатюрных литиевых батареек-аккумуляторов.

Индикатор зарядки 12 вольт — Инженер ПТО

Сегодня статья будет с процессом сборки простого индикатора уровня заряда аккумуляторов, но с более высокоточной схемой, которая пригодна для реального использования и может стать отличным дополнением на панели приборов вашего автомобиля.

Индикатор построен на базе микросхемы ELM339, она в свою очередь представляет из себя четыре отдельных компаратора в едином корпусе.

Компаратор имеет два входа и один выход, он просто сравнивает напряжение на входах, исходя из этого на выходе получаем либо логический 0, либо единицу.

Использованный в схеме компаратор можно найти на платах компьютерного блока питания, ориентируйтесь по цифрам 339, буквы могут отличаться в зависимости от производителя.

В качестве индикаторов задействованы 3 миллиметровые светодиоды.

Схема работает очень простым образом, имеем источник опорного напряжения в лице стабилитрона, цепочки из резисторов представляют из себя делители, которые создают на входах компараторов определенное напряжение, назовем их пороговыми.

Компаратор постоянно сравнивает эти напряжения с напряжением, которые образуют делитель на резисторах R5 и R6, этот делитель снижает напряжение тестируемой батареи в три раза, если напряжение на прямом входе компаратора больше чем на инверсном, то на выходе получаем логическую единицу или напряжение питания.

Светодиод светится, если всё наоборот, то на выходе получаем логическую 0 или массу питания, светодиод в данном случае не светится.

Входные делители подобраны в узком диапазоне, поскольку схема предназначена для работы в качестве индикатора заряда 12-вольтовых аккумуляторов.

Маломощный диод 4148 защищает микросхему компаратора от обратной полярности.

Токо-ограничивающие резисторы для светодиодов подбираются с сопротивлением от 1 до 2,2 килом, можно ограничиться всего одним резистором.

Печатная плата довольно компактна, рисовал на скорую руку, но разводка неплохая, кстати её вы можете скачать в конце статьи.

Для проверки этой платы нам нужен лабораторный источник питания на котором нужно выставить напряжение около 13,5 — 14 вольт, имитируя полностью заряженный автомобильный аккумулятор.

Загораются сразу все светодиоды, постепенно снижая напряжение на блоке питания мы можем наблюдать потухание светодиодов при определенных напряжениях.

Горение только красных светодиодов означает, что аккумулятор почти разряжен.

Можно пересчитать входные делители и использовать схему для аккумуляторов с иным напряжением, кстати эту схему можно также применить и в зарядных устройствах.

В статье предлагаются два варианта индикатора, цвет свечения которого, по мере разряда батареи, изменяется от зеленого до красного. Существует огромное количество схем, предназначенных для выполнения таких функций, но все из них, на мой взгляд, слишком сложны и дороги. Для моего индикатора требуется всего пять компонентов, один из которых – двухцветный светодиод.

Простейший вариант показан на Рисунке 1. Если напряжение на клемме B+ равно 9 В, будет светиться только зеленый светодиод, поскольку напряжение на базе Q1 равно 1.58 В, в то время, как напряжение на эмиттере, равное падению напряжения на светодиоде D1, в типичном случае составляет 1.8 В, и Q1 удерживается в закрытом состоянии. По мере уменьшения заряда батареи напряжение на светодиоде D2 остается практически неизменным, а напряжение на базе уменьшается, и в какой-то момент времени Q1 начнет проводить ток. В результате часть тока станет ответвляться в красный светодиод D1, и эта доля будет увеличиваться до тех пор, пока в красный светодиод не потечет весь ток.

Рисунок 1.Базовая схема монитора напряжения батареи.

Для типичных элементов двухцветного светодиода различие в прямых напряжениях составляет 0.25 В. Именно этим значением определяется область перехода от зеленого цвета свечения к красному. Полная смена цвета свечения, задаваемая соотношением сопротивлений резисторов делителя R1 и R2, происходит в диапазоне напряжений

Середина области перехода от одного цвета к другому определяется разностью напряжений на светодиоде и на переходе база-эмиттер транзистора и равна приблизительно 1.2 В. Таким образом, изменение B+ от 7.1 В до 5.8 В приведет к смене зеленого свечения на красное.

Различия в напряжениях будут зависеть от конкретных комбинаций светодиодов и, возможно, их будет недостаточно для полного переключения цветов. Тем не менее, предлагаемую схему все равно можно использовать, включив диод последовательно с D2.

На Рисунке 2 резистор R1 заменен стабилитроном, в результате чего область перехода становится намного более узкой. Делитель больше не оказывает влияния на схему, и полная смена цвета свечения происходит при изменении напряжения B+ всего на 0.25 В. Напряжение точки перехода будет равно 1.2 В + VZ. (Здесь VZ – напряжение на стабилитроне, в нашем случае равное примерно 7.2 В).

Рисунок 2.Схема на основе стабилитрона.

Недостатком такой схемы является ее привязка к ограниченной шкале напряжений стабилитронов. Еще больше усложняет ситуацию тот факт, что низковольтные стабилитроны имеют слишком плавный излом характеристики, не позволяющий точно определить, каким будет напряжение VZ при малых токах в схеме. Одним из вариантов решения этой проблемы может быть использование резистора, включенного последовательно со стабилитроном, чтобы иметь возможность небольшой подстройки за счет некоторого увеличения напряжения перехода.

При показанных сопротивлениях резисторов схема потребляет ток порядка 1 мА. Со светодиодами повышенной яркости этого достаточно для использования прибора внутри помещения. Но даже такой небольшой ток весьма значителен для 9-вольтовой батареи, поэтому вам придется выбирать между дополнительным потреблением тока и риском оставить питание включенным, когда необходимости в нем нет. Скорее всего, после первой внеплановой замены батареи вы почувствуете пользу от этого монитора.

Схему можно преобразовать таким образом, чтобы переход от зеленого к красному свечению происходил в случае повышения входного напряжения. Для этого транзистор Q1 надо заменить на NPN и поменять местами эмиттер и коллектор. А с помощью пары NPN и PNP транзисторов можно сделать оконный компаратор.

С учетом довольно большой ширины переходной области, схема на Рисунке 1 лучше всего подходит для 9-вольтовых батарей, в то время как схема на Рисунке 2 может быть адаптирована для других напряжений.

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

Что может быть печальнее, чем внезапно севший аккумулятор в квадрокоптере во время полета или отключившийся металлоискатель на перспективной поляне? Вот если бы можно было бы заранее узнать, насколько сильно заряжен аккумулятор! Тогда мы могли бы подключить зарядку или поставить новый комплект батарей, не дожидаясь грустных последствий.

И вот тут как раз рождается идея сделать какой-нибудь индикатор, который заранее подаст сигнал о том, что батарейка скоро сядет. Над реализацией этой задачи пыхтели радиолюбители всего мира и сегодня существует целый вагон и маленькая тележка различных схемотехнических решений — от схем на одном транзисторе до навороченных устройств на микроконтроллерах.

Далее будут представлены только те индикаторы разряда li-ion аккумуляторов, которые не только проверены временем и заслуживают вашего внимания, но и с легкостью собираются своими руками.

Вариант №1

Начнем, пожалуй, с простенькой схемки на стабилитроне и транзисторе:

Разберем, как она работает.

Пока напряжение выше определенного порога (2.0 Вольта), стабилитрон находится в пробое, соответственно, транзистор закрыт и весь ток течет через зеленый светодиод. Как только напряжение на аккумуляторе начинает падать и достигает значения порядка 2.0В + 1.2В (падение напряжение на переходе база-эмиттер транзистора VT1), транзистор начинает открываться и ток начинает перераспределяться между обоими светодиодами.

Если взять двухцветный светодиод, то мы получим плавный переход от зеленого к красному, включая всю промежуточную гамму цветов.

Типовое различие прямого напряжения в двухцветных светодиодах составляет 0.25 Вольта (красный зажигается при более низком напряжении). Именно этой разницей определяется область полного перехода между зеленым и красным цветом.

Таким образом, не смотря на свою простоту, схема позволяет заранее узнать, что батарейка начала подходить к концу. Пока напряжение на аккумуляторе составляет 3.25В или более, горит зеленый светодиод. В промежутке между 3.00 и 3.25V к зеленому начинает подмешиваться красный — чем ближе к 3.00 Вольтам, тем больше красного. И, наконец, при 3V горит только чисто красный цвет.

Недостаток схемы в сложности подбора стабилитронов для получения необходимого порога срабатывания, а также в постоянном потреблении тока порядка 1 мА. Ну и, не исключено, что дальтоники не оценят эту задумку с меняющимися цветами.

Кстати, если в эту схему поставить транзистор другого типа, ее можно заставить работать противоположным образом — переход от зеленого к красному будет происходить, наоборот, в случае повышения входного напряжения. Вот модифицированная схема:

Вариант №2

В следующей схеме использована микросхема TL431, представляющая собой прецизионный стабилизатор напряжения.

Порог срабатывания определяется делителем напряжения R2-R3. При указанных в схеме номиналах он составляет 3.2 Вольта. При снижении напряжения на аккумуляторе до этого значения, микросхема перестает шунтировать светодиод и он зажигается. Это будет сигналом к тому, что полный разряд батареи совсем близок (минимально допустимое напряжение на одной банке li-ion равно 3.0 В).

Если для питания устройства применяется батарея из нескольких последовательно включенных банок литий-ионного аккумулятора, то приведенную выше схему необходимо подключить к каждой банке отдельно. Вот таким образом:

Для настройки схемы подключаем вместо батарей регулируемый блок питания и подбором резистора R2 (R4) добиваемся зажигания светодиода в нужный нам момент.

Вариант №3

А вот простая схема индикатора разрядки li-ion аккумулятора на двух транзисторах:Порог срабатывания задается резисторами R2, R3. Старые советские транзисторы можно заменить на BC237, BC238, BC317 (КТ3102) и BC556, BC557 (КТ3107).

Вариант №4

Схема на двух полевых транзисторах, потребляющая в ждущем режиме буквально микротоки.

При подключении схемы к источнику питания, положительное напряжение на затворе транзистора VT1 формируется с помощью делителя R1-R2. Если напряжение выше напряжение отсечки полевого транзистора, он открывается и притягивает затвор VT2 на землю, тем самым закрывая его.

В определенный момент, по мере разряда аккумулятора, напряжение, снимаемое с делителя становится недостаточным для отпирания VT1 и он закрывается. Следовательно, на затворе второго полевика появляется напряжение, близкое к напряжению питания. Он открывается и зажигает светодиод. Свечение светодиода сигнализирует нам о необходимости подзаряда аккумулятора.

Транзисторы подойдут любые n-канальные с низким напряжением отсечки (чем меньше — тем лучше). Работоспособность 2N7000 в этой схеме не проверялась.

Вариант №5

На трех транзисторах:

Думаю, схема не нуждается в пояснениях. Благодаря большому коэфф. усиления трех транзисторных каскадов, схема срабатывает очень четко — между горящим и не горящим светодиодом достаточно разницы в 1 сотую долю вольта. Потребляемый ток при включенной индикации — 3 мА, при выключенном светодиоде — 0.3 мА.

Не смотря на громоздкий вид схемы, готовая плата имеет достаточно скромные габариты:

С коллектора VT2 можно брать сигнал, разрешающий подключение нагрузки: 1 — разрешено, 0 — запрещено.

Транзисторы BC848 и BC856 можно заменить на ВС546 и ВС556 соответственно.

Вариант №6

Эта схема мне нравится тем, что она не только включает индикацию, но и отрубает нагрузку.

Жаль только, что сама схема от аккумулятора не отключается, продолжая потреблять энергию. А жрет она, благодаря постоянно горящему светодиоду, немало.

Зеленый светодиод в данном случае выступает в роли источника опорного напряжения, потребляя ток порядка 15-20 мА. Чтобы избавиться от такого прожорливого элемента, вместо источника образцового напряжения можно применить ту же TL431, включив ее по такой схеме*:

*катод TL431 подключить ко 2-ому выводу LM393.

Вариант №7

Схема с применением так называемых мониторов напряжения. Их еще называют супервизорами и детекторами напряжения (voltdetector’ами). Это специализированные микросхемы, разработанные специально для контроля за напряжением.

Вот, например, схема, поджигающая светодиод при снижении напряжения на аккумуляторе до 3.1V. Собрана на BD4731.

Согласитесь, проще некуда! BD47xx имеет открытый коллектор на выходе, а также самостоятельно ограничивает выходной ток на уровне 12 мА. Это позволяет подключать к ней светодиод напрямую, без ограничительных резисторов.

Аналогичным образом можно применить любой другой супервизор на любое другое напряжение.

Вот еще несколько вариантов на выбор:

  • на 3.08V: TS809CXD, TCM809TENB713, MCP103T-315E/TT, CAT809TTBI-G;
  • на 2.93V: MCP102T-300E/TT, TPS3809K33DBVRG4, TPS3825-33DBVT, CAT811STBI-T3;
  • серия MN1380 (или 1381, 1382 — они отличаются только корпусами). Для наших целей лучше всего подходит вариант с открытым стоком, о чем свидетельствует дополнительная циферка «1» в обозначении микросхемы — MN13801, MN13811, MN13821. Напряжение срабатывания определяется буквенным индексом: MN13811-L как раз на 3,0 Вольта.

Также можно взять советский аналог — КР1171СПхх:

В зависимости от цифрового обозначения, напряжение детекции будет разным:

Сетка напряжений не очень-то подходит для контроля за li-ion аккумуляторами, но совсем сбрасывать эту микросхему со счетов, думаю, не стоит.

Неоспоримые достоинства схем на мониторах напряжения — чрезвычайно низкое энергопотребление в выключенном состоянии (единицы и даже доли микроампер), а также ее крайняя простота. Зачастую вся схема умещается прямо на выводах светодиода:

Чтобы сделать индикацию разряда еще более заметной, выход детектора напряжения можно нагрузить на мигающий светодиод (например, серии L-314). Или самому собрать простейшую «моргалку» на двух биполярных транзисторах.

Пример готовой схемы, оповещающей о севшей батарейке с помощью вспыхивающего светодиода приведен ниже:

Еще одна схема с моргающим светодиодом будет рассмотрена ниже.

Вариант №8

Крутая схема, запускающая моргание светодиода, если напряжение на литиевом аккумуляторе упадет до 3.0 Вольта:

Эта схема заставляет вспыхивать сверхяркий светодиод с коэффициентом заполнения 2.5% (т.е. длительная пауза — коротка вспышка — опять пауза). Это позволяет снизить потребляемый ток до смешных значений — в выключенном состоянии схема потребляет 50 нА (нано!), а в режиме моргания светодиодом — всего 35 мкА. Сможете предложить что-нибудь более экономичное? Вряд ли.

Как можно было заметить, работа большинства схем контроля за разрядом сводится к сравнению некоего образцового напряжения с контролируемым напряжением. В дальнейшем эта разница усиливается и включает/отключает светодиод.

Обычно в качестве усилителя разницы между опорным напряжением и напряжением на литиевом аккумуляторе используют каскад на транзисторе или операционный усилитель, включенный по схеме компаратора.

Но есть и другое решение. В качестве усилителя можно применить логические элементы — инверторы. Да, это нестандартное использование логики, но это работает. Подобная схема приведена в следующем варианте.

Вариант №9

Схема на 74HC04.

Рабочее напряжение стабилитрона должно быть ниже напряжение срабатывания схемы. Например, можно взять стабилитроны на 2.0 — 2.7 Вольта. Точная подстройка порога срабатывания задается резистором R2.

Схема потребляет от батареи около 2 мА, так что ее тоже надо включать после выключателя питания.

Вариант №10

Это даже не индикатор разряда, а, скорее, целый светодиодный вольтметр! Линейная шкала из 10 светодиодов дает наглядное представление о состоянии аккумулятора. Весь функционал реализован всего на одной-единственной микросхеме LM3914:

Делитель R3-R4-R5 задает нижнее (DIV_LO) и верхнее (DIV_HI) пороговые напряжения. При указанных на схеме значениях свечению верхнего светодиода соответствует напряжение 4.2 Вольта, а при снижении напряжения ниже 3х вольт, погаснет последний (нижний) светодиод.

Подключив 9-ый вывод микросхемы на «землю», можно перевести ее в режим «точка». В этом режиме всегда светится только один светодиод, соответствующий напряжению питания. Если оставить как на схеме, то будет светиться целая шкала из светодиодов, что нерационально с точки зрения экономичности.

В качестве светодиодов нужно брать только светодиоды красного свечения, т.к. они обладают самым малым прямым напряжением при работе. Если, например, взять синие светодиоды, то при севшем до 3х вольт аккумуляторе, они, скорее всего, вообще не загорятся.

Сама микросхема потребляет около 2.5 мА, плюс 5 мА на каждый зажженный светодиод.

Недостатком схемы можно считать невозможность индивидуальной настройки порога зажигания каждого светодиода. Можно задать только начальное и конечное значение, а встроенный в микросхему делитель разобьет этот интервал на равные 9 отрезков. Но, как известно, ближе к концу разряда, напряжение на аккумуляторе начинает очень стремительно падать. Разница между аккумуляторами, разряженными на 10% и 20% может составлять десятые доли вольта, а если сравнить эти же аккумуляторы, только разряженненные на 90% и 100%, то можно увидеть разницу в целый вольт!

Типичный график разряда Li-ion аккумулятора, приведенный ниже, наглядно демонстрирует данное обстоятельство:

Таким образом, использование линейной шкалы для индикации степени разряда аккумулятора представляется не слишком целесообразным. Нужна схема, позволяющая задать точные значения напряжений, при которых будет загораться тот или иной светодиод.

Полный контроль над моментами включения светодиодов дает схема, представленная ниже.

Вариант №11

Данная схема является 4-разрядным индикатором напряжения на аккумуляторе/батарейке. Реализована на четырех ОУ, входящих в состав микросхемы LM339.

Схема работоспособна вплоть до напряжения 2 Вольта, потребляет меньше миллиампера (не считая светодиода).

Разумеется, для отражения реального значения израсходованной и оставшейся емкости аккумулятора, необходимо при настройке схемы учесть кривую разряда используемого аккумулятора (с учетом тока нагрузки). Это позволит задать точные значения напряжения, соответствующие, например, 5%-25%-50%-100% остаточной емкости.

Вариант №12

Ну и, конечно, широчайший простор открывается при использовании микроконтроллеров со встроенным источником опорного напряжения и имеющих вход АЦП. Тут функционал ограничивается только вашей фантазией и умением программировать.

Как пример приведем простейшую схему на контроллере ATMega328.

Хотя тут, для уменьшения габаритов платы, лучше было бы взять 8-миногую ATTiny13 в корпусе SOP8. Тогда было бы вообще шикарно. Но пусть это будет вашим домашним заданием.

Светодиод взят трехцветный (от светодиодной ленты), но задействованы только красный и зеленый.

Готовую программу (скетч) можно скачать по этой ссылке.

Программа работает следующим образом: каждые 10 секунд опрашивается напряжение питания. Исходя из результатов измерений МК управляет светодиодами с помощью ШИМ, что позволяет получать различные оттенки свечения смешением красного и зеленого цветов.

Свежезаряженный аккумулятор выдает порядка 4.1В — светится зеленый индикатор. Во время зарядки на АКБ присутствует напряжение 4.2В, при этом будет моргать зеленый светодиод. Как только напряжение упадет ниже 3.5В, начнет мигать красный светодиод. Это будет сигналом к тому, что аккумулятор почти сел и его пора заряжать. В остальном диапазоне напряжений индикатор будет менять цвет от зеленого к красному (в зависимости от напряжения).

Вариант №13

Ну и на закуску предлагаю вариант переделки стандартной платы защиты (их еще называют контроллерами заряда-разряда), превращающий ее в индикатор севшего аккумулятора.

Эти платы (PCB-модули) добываются из старых батарей мобильных телефонов чуть ли не в промышленных масштабах. Просто подбираете на улице выброшенный аккумулятор от мобилы, потрошите его и плата у вас в руках. Все остальное утилизируете как положено.

Чаще всего PCB-плата представляет собой вот такую схемку:

Микросборка 8205 — это два миллиомных полевика, собранных в одном корпусе.

Внеся в схему некоторые изменения (показаны красным цветом), мы получим прекрасный индикатор разряда li-ion аккумулятора, практически не потребляющий ток в выключенном состоянии.

Так как транзистор VT1.2 отвечает за отключение зарядного устройства от банки аккумулятора от при перезаряде, то он в нашей схеме лишний. Поэтому мы полностью исключили этот транзистор из работы, разорвав цепь стока.

Резистор R3 ограничивает ток через светодиод. Его сопротивление необходимо подобрать таким образом, чтобы свечение светодиода было уже заметным, но потребляемый ток еще не был слишком велик.

Кстати, можно сохранить все функции модуля защиты, а индикацию сделать с помощью отдельного транзистор, управляющий светодиодом. То есть индикатор будет загораться одновременно с отключением аккумулятора в момент разряда.

Вместо 2N3906 подойдет любой имеющийся под рукой маломощный p-n-p транзистор. Просто подпаять светодиод напрямую не получится, т.к. выходной ток микросхемы, управляющий ключами, слишком мал и требует усиления.

Как, наверное, не сложно догадаться, схемы могут быть использованы и наоборот — в качестве индикатора заряда.

Схема контроля напряжения батареи

от LM339

Это простая схема тестера низкого напряжения . Даже это может быть монитор напряжения батареи для других источников напряжения, у которых есть проблемы. Отображение на светодиодном дисплее и звуковой сигнал. Эта схема проверяет напряжение 9-вольтовой батареи.

Описание монитора напряжения батареи

Мы используем микросхему LM339 Quad Comparator 14pin IC в качестве основы этой схемы и несколько частей (6 шт.), Включая два резистора, светодиоды, потенциометр 10K без конденсаторов.

При подключении входа зонда к источнику, 9-вольтовая батарея. Ток попадет в цепь. Прямо сейчас важно увидеть две булавки.

  • Положительный вывод питания — это вывод 3
  • Отрицательный вывод питания — вывод 12

В то же время ток батареи будет проходить через VR1 на входной вывод 5 (неинвертирующий) IC1.
Затем, другим способом, R1 пропускает ток для ограничения уровня сохранения для стабилитрона 6 В на выводе 4 (инвертирующий). Имеет опорное напряжение.Оба способа сравнивают напряжение внутри IC1.

Светодиод 1 и зуммер — это индикатор цепи. R2 контролирует правильный ток через них.

Когда входное напряжение выше 6 вольт. На выходе он будет находиться в состоянии высокого напряжения. Но LED1 по-прежнему не работает и не издает звуковой сигнал. Потому что каждая их ножка подключена к положительному выводу питания и выходу.

Но когда входное напряжение ниже 6 вольт. Затем он заставляет LED1 ярко светиться, а зуммер издает звук.Который мы можем установить уровень входного напряжения с отрегулированной чувствительностью схемы с помощью регулятора VR1.

Список компонентов

R1, R2: Резисторы 1 кОм 1/4 Вт
VR1: потенциометр 5 кОм
IC1: LM339 Компаратор напряжения IC
ZD1: стабилитрон 6 В 0,5 Вт нет. 1N5233
LED1: любой понравившийся цвет.
BZ1: Пьезо-зуммер.
P1, P2: Датчики (см. Примечания)
Перфорированная плата, провода, гнездо для IC

Применение монитора напряжения батареи

Я экспериментирую с этой схемой на макетной плате, и они будут работать от 9 В до 12 В, теперь мы возьмем это для проверки 9-вольтовой батареи.Какой хороший доступный аккумулятор будет иметь напряжение около 8 В.

Вот еще видео про электронику, благодаря которому этот проект работал очень хорошо. Большое спасибо.

Я сделал разделенное напряжение в виде ступенчатого уровня с обычными диодами, включенными последовательно, как показано на рисунке 2. Светодиод используется как нагрузка, а резисторы R действуют как ограничитель светодиода.


Рисунок 2 Падение напряжения с использованием диодов

Мы используем вольтметр для измерения напряжения на входном датчике.И довести его до 8,3В. Затем регулируйте VR до тех пор, пока не загорится светодиод LED1 и не сработает зуммер.

Затем подайте на датчик напряжение капельницы более низкого уровня.

Пожалуйста, посмотрите видео ниже, чтобы лучше понять.

«Продолжайте читать: простой детектор напряжения уровня»

ПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ

Я всегда стараюсь сделать Electronics Learning Easy .

Монитор напряжения аккумуляторной батареи 12 В с использованием светодиодов и компаратора LM339

(Последнее обновление: 4 апреля 2021 г.)

Мониторинг напряжения аккумуляторной батареи, Описание проекта:

Монитор напряжения батареи — В этом руководстве вы узнаете, как отображать процент заряда, доступный в батарее, с помощью светодиодов.В этом руководстве мы не собираемся использовать микроконтроллер. Этот монитор напряжения батареи полностью основан на ИС компаратора напряжения LM339. В этом руководстве объясняются все этапы проектирования.

В этом руководстве вы также узнаете, как использовать компаратор напряжения LM339, его основной принцип работы, как установить триггерные напряжения для отображения точного процента заряда, а затем как сделать окончательную схему. Эта же схема будет использована при создании стабилизатора, который я покажу вам в следующих уроках.

Информацию о продвинутых системах контроля напряжения аккумуляторной батареи см. В разделе связанных проектов в конце этой статьи.

Приступим.

Amazon Ссылки:

Адаптер 12 В:

Arduino Uno

Ардуино Нано

мега 2560:

Lm339 IC Компаратор напряжения:

Прочие инструменты и компоненты:

Лучшие датчики Arduino:

Супер стартовый набор для начинающих

Цифровые осциллографы

Переменная поставка

Цифровой мультиметр

Наборы паяльников

Переносные сверлильные станки для печатных плат

ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ:

Обратите внимание: это партнерские ссылки.Я могу получить комиссию, если вы купите компоненты по этим ссылкам. Буду признателен за вашу поддержку!

Таблица зависимости заряда от напряжения:

Я поискал случайную батарею и загрузил ее таблицу заряда и напряжения. Как видно из таблицы, при разных напряжениях у нас разный процент заряда. Поскольку мы будем использовать компаратор напряжения lm339 с 4 выходами, это означает, что мы можем подключить 4 светодиода или реле. Если вы хотите отобразить все 11 уровней, вам придется использовать три микросхемы компаратора lm339.Но я буду использовать одну микросхему для отображения 4 уровней,

0%

40%

80% и

100%.

Как я сказал ранее, это руководство в основном сосредоточено на этапах проектирования, поэтому, прежде чем я сначала объясню полную принципиальную схему, я хотел бы объяснить IC компаратора напряжения LM339.

LM339 Компаратор напряжения IC:

Рекомендуется загрузить спецификации электронных компонентов, которые вы собираетесь использовать.Я всегда делаю одно и то же. Это помогает мне понять распиновку электронных компонентов, электрические характеристики и многое другое. Итак, прежде всего, давайте начнем с описания компаратора напряжения LM339. Вы можете скачать следующий файл в формате pdf.

Загрузить LM339 лист данных: LM339-D

Убедитесь, что вы загрузили техническое описание, чтобы вы могли выполнить все шаги, или, если вам нужна только схема, вы можете перейти к принципиальной схеме.Но помните, что загрузка принципиальной схемы или создание схемы без этапов проектирования никогда не помогут вам изучить электронику. Так что, если вы действительно хотите изучить дизайн, следуйте этой статье и делайте то же самое.

Компаратор напряжения LM339 Характеристики:

Этот компаратор напряжения может питаться от 3 до 36 вольт. Так что на самом деле не имеет значения, используете ли вы блок питания 5 В или 12 В. У вас есть широкий диапазон напряжений, которые вы можете использовать.Но убедитесь, что напряжение не превышает 36 вольт. Следующим шагом будет проверка распиновки.

Распиновка компаратора напряжения LM339:

Номер контакта1 — это выход2

Номер вывода2 — это выход1

Контакт № 3 — это VCC, который будет подключен к напряжению питания. В моем случае я буду использовать 12 вольт.

Контакт номер 4 — инвертирующий вход1

Контакт номер 5 — это неинвертирующий вход 1 и так далее; все контакты четко обозначены.

Как вы можете ясно видеть, LM339 имеет 4 компаратора, обозначенных цифрами 1, 2, 3 и 4.

Выход компаратора №1 доступен на контакте №2.

Выход компаратора № 2 доступен на контакте №1.

Выход компаратора №3 доступен на контактах №14 и

.

Выход компаратора №4 доступен на контакте №13.

В то время как заземление питания будет подключено к контакту № 12, а провод 12 В будет подключен к контакту № 3.

LM339 — это компаратор напряжения IC , который имеет 4 встроенных компаратора. Есть так много других компараторов напряжения, но основной принцип работы остается прежним. Компаратор — это очень простая схема, которая используется для взаимодействия или создания моста между аналоговым и цифровым мирами. Каждый компаратор может сравнивать два уровня напряжения и выдает цифровой выход для индикации большего. Если вы посмотрите на символ компаратора выше, вы обнаружите, что два входа помечены знаками + и -, которые также обозначаются буквами «V-» и «V +».V- — это инвертирующий вход, а V + — неинвертирующий вход.

Выходной контакт становится высоким, когда напряжение на V + больше, чем на V-, и наоборот. Обычно, когда мы используем компаратор напряжения, такой как LM339, на один из входных контактов подается опорное напряжение, а другой входной контакт подключается к датчику или любому источнику напряжения или внешнему устройству. Теперь задача компаратора — сравнить эти два напряжения и сформировать выходной сигнал. Выход высокий, только если + V больше, чем –V.В системе контроля напряжения батареи мы собираемся использовать переменные резисторы для установки опорных напряжений. Как объяснялось выше, разные уровни напряжения отражают разную величину заряда.

На данный момент мы достаточно знаем о LM339 и можем двигаться дальше. Теперь позвольте мне объяснить это с помощью моделирования Proteus.

Скачать Proteus Simulation: lm339 мониторинг уровня заряда батареи без использования контроллера

Это скриншот из моего видеоурока, приведенного ниже.Для лучшего понимания загрузите симуляцию Proteus и откройте файл. Нажмите кнопку загрузки выше, чтобы загрузить симуляцию.

U1: A…

U1: B…

U1: C… и

U1: D — четыре встроенных компаратора.

Эти 4 компаратора будут использоваться для сравнения 4 различных уровней напряжения. Вход + является неинвертирующим входом, а вход — инвертирующим. Пять резисторов 10 кОм соединены последовательно, что составляет схему делителя напряжения и дает мне 4 различных напряжения, которые связаны с инвертирующими входами всех 4 компараторов, напряжения на инвертирующих входах компараторов будут использоваться в качестве опорного напряжения.С левой стороны у нас есть переменный резистор «RV1», который можно рассматривать как батарею, поскольку вы можете видеть, что он подключен к неинвертирующим входам всех компараторов. Мы можем увеличивать и уменьшать это напряжение. Это напряжение будет сравниваться с эталонными напряжениями.

Как видите, напряжение на инвертирующем входе составляет 2,4 В, а напряжение на неинвертирующем входе, которое исходит от переменного резистора, составляет 2,94.

Таким образом, напряжение на неинвертирующем входе больше, чем напряжение на инвертирующем входе, поэтому на выходе этого компаратора высокий уровень и светодиод горит.

Опорное напряжение, установленное на компараторе 2 nd , составляет 4,8 В. поэтому доступное напряжение на неинвертирующем входе, которое составляет 2,94, не превышает 4,8 вольт, поэтому этот светодиод не горит. Если мы начнем увеличивать напряжение, когда напряжение на неинвертирующем входе больше, чем напряжение на инвертирующем входе, светодиод загорится

, и если мы будем продолжать увеличивать напряжение, то два других светодиода также загорятся.

Цель использования транзисторов 2n2222 NPN заключается в том, что мы можем обновить эту схему в любое время, мы можем использовать ту же схему для управления светодиодами, реле и т. Д.Поскольку я планирую использовать ту же схему в стабилизаторе, и для этого мне понадобятся реле, поэтому я добавил 2n2222 NPN транзисторы. Как вы можете видеть, эмиттер соединен с землей, а коллектор соединен со стороной катода светодиода, а сторона анода светодиода соединена с резистором 1 кОм, это токоограничивающий резистор и подключен к напряжению 12 вольт. Все соединения точно такие же.

Я использовал такое же соединение на макетной плате, и оно работает отлично.Как видите, я могу сравнивать напряжения, а также включать и выключать светодиоды при определенных уровнях напряжения. До сих пор мы рассмотрели основы использования компаратора напряжения, какова цель инвертирующих и неинвертирующих входов, когда мы получаем высокий выходной сигнал. для практической демонстрации посмотрите видео, приведенное в конце.

Как видите, я пометил 4 компаратора как 0%… 40%… 80%… и 100%. Если мы сравним эти напряжения со значениями напряжения в таблице, мы обнаружим, что показания светодиодов полностью неверны.

Наша схема работает отлично, нам нужно только установить триггерные напряжения, для этого мы должны сделать небольшое изменение, вместо того, чтобы использовать эти резисторы «R1 — ​​R5» последовательно, мы будем использовать 4 переменных резистора, чтобы мы могли индивидуально установить опорное напряжение каждого компаратора, и все.

Скачать обновленный файл моделирования: обновленный файл моделирования Компаратор напряжения lm339

Как видите, я добавил 4 переменных резистора от RV2 до RV5 и установил опорные напряжения в соответствии с таблицей.Теперь, увеличивая и уменьшая напряжение, мы можем активировать светодиод на точном уровне напряжения. Я проверил все соединения на макетной плате и, как только остался доволен результатами, начал пайку. Пайка полностью описана в видеоуроке.

После того, как я закончил со всеми подключениями, пайкой и тестированием, я начал проверять короткое замыкание с помощью цифрового мультиметра, и, к счастью, короткого замыкания не было. Последним шагом была установка эталонных напряжений, которые я полностью объяснил в видео, приведенном ниже.Итак, теперь эта схема готова и может использоваться с батареей для контроля напряжения.

Монитор напряжения аккумуляторной батареи, наконец, тестирование:

Итак, этот проект оказался успешным, и я смог включить светодиоды при определенных уровнях напряжения. Таблица уровней напряжения и заряда приведена выше. Я использовал такие же напряжения. Если у вас есть вопросы, дайте мне знать в комментариях.

Не забудьте подписаться на мой канал. Поддержите мой канал, поставив лайк и поделившись видео.

смотреть видеоурок:

Проекты, связанные с аккумулятором 12 В:

Мониторинг эффективности батареи 12 В с помощью Arduino и мобильного приложения с базой данных

Esp8266 Iot battery monitor, мониторинг напряжения батареи с помощью wifi-модуля nodemcu esp8266

Беспроводной монитор напряжения батареи с использованием Arduino и Bluetooth

Power Bank от аккумулятора ноутбука с зарядным устройством TP4056 и индикатором напряжения

Узнайте, как использовать операционный усилитель в качестве компаратора напряжения:

Операционный усилитель LM741 Распиновка ИС операционного усилителя, спецификация и проекты

Нравится:

Нравится Загрузка…

Простой мониторинг батареи! ИС с «разделенным выходным напряжением питания»!

Делительные резисторы не нужны! Никаких переключателей не требуется! Никаких расчетов не требуется! »


— Простой и высокоточный мониторинг батареи! «Напряжение питания разделенное на выход» —

Изделие, которое работает от батареи, нуждается в функции контроля заряда батареи, чтобы отслеживать оставшийся заряд. Обычно это делается с помощью резистора делителя, который делит напряжение питания и вводит его в АЦП микроконтроллера.Резистор делителя используется для разделения напряжения питания, чтобы предотвратить превышение контролируемого напряжения батареи над выдерживаемым напряжением используемого микроконтроллера. Для экономии заряда батареи ток, протекающий через резистор делителя, контролируется транзистором. (Красная часть на рисунке ниже)
По мере добавления дополнительных частей для реализации требуемых функций выбор частей становится более сложным.

При расчете сопротивления резистора делителя необходимо учитывать внутреннее сопротивление подключенного АЦП.Если этот импеданс не учитывается при определении сопротивления, требуемое напряжение не будет подаваться на АЦП, что делает невозможным надлежащее наблюдение за батареей. Сопротивление включенного транзистора, которое функционирует как переключатель, также может влиять на точность вывода в зависимости от значения сопротивления.
Увеличение количества компонентов может также привести к необходимости увеличения размера смонтированной платы. Микросхема с разделенным выходным напряжением питания может использоваться для решения вышеупомянутых проблем «сложности в выборе частей», «увеличения количества частей» и «увеличения размера установленной платы.”

ИС с разделенным выходным напряжением питания — это ИС, которая имеет функцию деления напряжения батареи и вывода напряжения, которое может быть введено в АЦП. (Красная часть на рисунке ниже)

ИС с разделенным выходным напряжением питания оснащена не только резистором делителя для деления напряжения, но также объединяет выходной аналоговый буфер и выходной переключатель ВКЛ / ВЫКЛ.
Разделенное напряжение выводится через буфер аналогового вывода, поэтому внутренний импеданс АЦП никогда не становится проблемой.
Интеграция переключателя и включение и выключение выхода позволяет снизить потребление тока. Микросхема с разделенным выходным напряжением питания решает проблемы расчета сопротивления и выбора.
Поскольку резистор делителя, выходной аналоговый буфер и выходной переключатель ВКЛ. / ВЫКЛ. Интегрированы, нет чрезмерного количества деталей, которые нужно проверять, и установленную плату можно сохранить компактной.

ABLIC разрабатывает и производит ИС источника питания с разделенным выходным напряжением питания, что решает проблемы, возникающие при разделении напряжения источника питания с помощью резистора делителя.

ABLIC был удостоен награды за выдающиеся достижения в категории полупроводниковых устройств в номинации «Полупроводник года 2018», спонсируемой Electronic Device Industry News, за сверхвысокопроизводительные понижающие преобразователи серии S-85S1P с разделенным выходным напряжением питания.

Схема монитора батареи

Иногда мы сталкиваемся с общей проблемой при выполнении любого проекта, связанного с батареей или источником питания — мы не знаем, заряжена или разряжена батарея. Для проверки батареи есть один распространенный метод — использование вольтметра, доступного в мультиметрах .Но здесь мы разработали схему монитора батареи для проверки состояния заряда батареи. В этой схеме мы можем легко проверить батареи, подключив их к цепи. Здесь несколько светодиодов используются для отображения состояния батареи.

Компоненты цепи
  • LM358 — 2
  • Резистор 10 кОм — 1
  • Резистор 220 Ом — 4
  • POT 10 кОм — 4
  • Хлебная доска -1
  • Аккумулятор 9 В
  • Разъем аккумулятора -1
  • светодиод — 4

Микросхема LM358

LM358 — это двойной малошумящий операционный усилитель , который имеет два операционных усилителя в одной микросхеме.Это операционный усилитель общего назначения, который может быть настроен во многих режимах, таких как компаратор, сумматор, интегратор, усилитель, дифференциатор, инвертирующий режим, неинвертирующий режим и т. Д.

Принципиальная схема и пояснения

В этой схеме монитора батареи мы использовали две микросхемы двойного компаратора LM358 для сравнения напряжений. Компаратор сконфигурирован в неинвертирующем режиме, и потенциометр 10 K подключен к его инвертирующему выводу, а провод положительного полюса испытательной батареи подсоединен к неинвертирующим контактам компаратора.Неинвертирующие контакты всех компараторов соединены между собой. Четыре зеленых светодиода подключены к выходным контактам компараторов через резистор 220 Ом для индикации состояния заряда батареи. А для питания цепи использовалась 9-вольтовая батарея или адаптер.

Рабочие

Здесь мы установили опорные напряжения для каждого компаратора с помощью потенциометра. Для первого компаратора мы установили опорное напряжение 8,0 В, для второго компаратора 7,0 В, для третьего 6.0 Вольт и последние 5,0 Вольт.

Номер компаратора

Состояние светодиода

Опорное напряжение

Постоянный

1

Все ПО

8,0 В

Хорошо

2

Первый ВЫКЛ

7,0 В

Умеренная

3

Первые два ВЫКЛ

6.0 Вольт

НИЗКИЙ

4

Последний ВКЛ

5,0 В

О смерти

Все ВЫКЛ

умирают

Работа с этим проектом монитора батареи очень проста. Когда мы подключаем любую батарею к клемме батареи, светодиоды будут светиться в зависимости от напряжения батареи.

Предположим, что если напряжение тестируемой батареи превышает 8,0 В, то все четыре светодиода будут гореть. Это означает, что батарея стоит в хорошем состоянии. Если напряжение аккумулятора больше 7,0 В и меньше 8,0 В, то последние три светодиода загорятся, а первый погаснет. Это означает, что батарея стоит в умеренном состоянии. Если напряжение батареи больше 6,0 вольт и меньше 7,0 вольт, то первые два светодиода погаснут, а последние два светодиода загорятся. Если напряжение батареи больше 5.0 В и менее 6,0 В, тогда первые три светодиода погаснут, а последний светодиод загорится. Это означает, что батарея разряжена. А если напряжение батареи меньше 5 вольт, светодиод не загорится, что означает, что напряжение батареи ниже 5 вольт. Можно считать, что аккумулятор разряжен.

Для демонстрации этого проекта я добавил дополнительный потенциометр для изменения напряжения тестовой батареи. И его принципиальная схема показана ниже.

Как измерить напряжение нескольких батарей, соединенных в цепочку / массив последовательно или параллельно с микроконтроллерами

Измерение напряжения отдельной батареи или всей батареи с помощью любого микроконтроллера (arduino, microship pic, Avr, Atmega, Intel, NXP, stm32) — простая задача.Вы можете найти множество руководств в Интернете о том, как это сделать. Но как насчет того, чтобы измерить отдельную батарею, подключенную к группе батарей последовательно или параллельно? Теперь это непростая задача. Но все же у них есть несколько хитрых способов сделать это. В этом посте я собираюсь перечислить некоторые способы, с помощью которых мы можем измерить напряжение отдельной батареи, которая является частью последовательно или параллельно соединенной цепочки / массива батарей.

Базовый и популярный метод мониторинга аккумуляторных батарей — Схема делителя напряжения

Базовым и наиболее популярным методом индивидуального мониторинга батарей с использованием микроконтроллеров на практике является схема делителя напряжения.В схеме делителя напряжения два резистора соединены последовательно, и на их концы подается напряжение источника (батареи). Напряжение делится на два резистора в соответствии с сопротивлением резистора.

Делитель напряжения делится на два резистора

Микроконтроллеры

работают от 5 или 3,3 вольт (далее мы будем принимать во внимание 5 вольт, методы, перечисленные ниже, также могут быть применены к микроконтроллерам на 3,3 вольта).Таким образом, их контакты также работают на 5-вольтовой логике TTL. Напряжение выше 5 вольт может потенциально повредить контакт или вызвать сгорание микроконтроллера. Солнечная панель, автомобиль, ИБП, генератор и резервные батареи обычно имеют напряжение 12 вольт. Микроконтроллер не может измерять напряжение 12 вольт напрямую. Таким образом, здесь используется делитель напряжения, чтобы разделить напряжение пополам, при этом гарантируя, что одна половина напряжения не может увеличиться на 5 вольт в любом сценарии (зарядка и т. Д.). Эта половина напряжения подается на микроконтроллер для измерения напряжения.

Схема делителя напряжения по формуле

Теперь давайте вычислим значения для Rtop и Rbottom. Здесь нам нужно серьезно отнестись к некоторым важным соображениям.

  • Низкоомные резисторы могут пропускать большой ток, и провода могут мгновенно нагреваться. Следовательно, провода могут расплавиться за секунды. Поэтому всегда используйте достаточное количество резисторов для аккумуляторов с большей емкостью в ампер-часах. Я выбрал один резистор Rbottom на 10 кОм.
  • Во время зарядки напряжение аккумулятора может возрасти до 18 вольт.Например, 150-ваттная солнечная панель выдает 17 вольт при 6 амперах во время полного солнца, выходное напряжение может даже превышать 18 вольт. Контроллер заряда солнечной батареи также имеет выходное напряжение, примерно равное 15 вольт, для зарядки аккумуляторов.

Расчет значений сопротивления

Я собираюсь измерить напряжение на Rbottom и случайно решил, что его значение составляет 10 кОм. Мы знаем, что напряжение Vout может составлять максимум 5 вольт, поскольку nodemcu работает и принимает максимум 5 вольт на своих выводах ввода / вывода.Vin составляет 18 вольт, когда аккумулятор заряжается (наихудший сценарий). Теперь мы можем найти Rtop.

Расчет сопротивления делителя напряжения

Теперь, если 18 вольт на стороне батареи, оно будет разделено между резисторами, 5 вольт упадут на резисторе 10 кОм, а оставшиеся 13 вольт упадут на резисторе 26 кОм. Если аккумулятор не заряжается и, скажем, подает 12 вольт, какое будет падение напряжения на резисторах? Давайте посчитаем

Падение напряжения на сопротивлениях цепи делителя напряжения

Из приведенного выше обсуждения очевидно, что напряжение на Rbottom теперь не будет превышать 5 вольт.Я надеюсь, что расчеты будут понятны читателям. Теперь вопрос в том, как 3,33 вольт преобразуется в 12 вольт с помощью nodemcu или как из 3,33 вольт мы можем предсказать, что на стороне батареи напряжение будет 12 вольт. Что ж, здесь задействовано немного больше математики. Поскольку значения резисторов фиксированы, мы можем рассчитать отношение напряжений на резисторах по отношению к источнику и использовать его в коде для определения фактического напряжения на источнике. Как рассчитывается коэффициент, ниже.

Расчет коэффициента делителя напряжения

Выше приведены два случая, когда источник на 18 вольт и когда источник на 12 вольт, в обоих случаях соотношение оказывается постоянным.Это соотношение используется в коде для прогнозирования фактического напряжения источника / батареи. Коэффициент умножается на напряжение на Rbottom для получения фактического значения напряжения.

Чтобы ознакомиться с руководством по вычислению значений сопротивления для микроконтроллера с допуском на 3,3 В, посетите указанное ниже руководство. В проекте представлен демонстрационный проект с бесплатным кодом проекта и принципиальной схемой.

Батареи, подключенные последовательно

Батареи соединены последовательно для увеличения выходного напряжения.Например, две 12-вольтовые батареи соединены последовательно, чтобы получить 24 вольта. Теперь, как измерить напряжение отдельных последовательно соединенных батарей. См. Схему ниже. Четыре 12-вольтовые батареи подключены последовательно к выходу 48 вольт.

Монитор напряжения комбинации батарей серии

с помощью микроконтроллера

В приведенной выше схеме используются четыре схемы делителя напряжения для измерения напряжения на каждой батарее. Методика состоит в том, чтобы сначала измерить напряжение на батарее с высоким потенциалом, а затем на батарее с более низким потенциалом, и отрицать последующее напряжение батареи от батареи с более высоким потенциалом.Например, для приведенной выше схемы измеренное напряжение на батарее 1 составляет 48 В, а на батарее 2 — 36 В. Отрицание 48v-36v = 12v дает нам напряжение батареи 1. Аналогично, если батарея-3 на 23В. Чем 36v-23v дает 13v. Таким образом, батарея-2 подает 13 вольт в последовательной цепочке. Напряжения других батарей можно рассчитать таким же методом.
В приведенном выше сценарии для каждой батареи должен быть выделенный аналоговый канал. Для более мощных батарей требуется больше аналоговых каналов, и микроконтроллеры обычно имеют максимум 8 аналоговых каналов.Таким образом, этот метод применим только в том случае, если количество батарей, соединенных последовательно, не превышает 4.

Примечание: Для указанной выше схемы номиналы резисторов следует выбирать по той же формуле, что и выше.
Демонстрационный проект с использованием описанной выше техники выполнен с помощью arduino uno. Проект содержит бесплатный исходный код и принципиальную схему. Если вам интересно, воспользуйтесь учебником. Ссылка ниже.

Оптоизоляторы или оптопары

Использование оптронов — еще один способ решения той же задачи.Линейная оптопара — это тот, который в лучшем случае может выполнить эту работу. Он выводит напряжение, эквивалентное входному, но с понижением номинального напряжения. Оптопары также изолируют микроконтроллер от напряжения батареи и обеспечивают защиту от резких скачков напряжения. Проблема с оптопарами в том, что их сложно настроить, и они требуют больше усилий, чем делитель напряжения. Схема также может быть грязной. Некоторое время также требуется дополнительное питание для питания оптопары. В конце также может потребоваться усилитель для усиления выходного напряжения.Оптопары также увеличивают стоимость схемы. В конце концов, основным недостатком является то, что для измерения каждой отдельной батареи по-прежнему требуется выделенный аналоговый канал микроконтроллера.
В Интернете вы можете найти множество линейных оптопар с разными номиналами от Texas Instruments и других поставщиков. В конце концов, схему будет сложно спроектировать и настроить. Ниже приведен типичный пример. Надеюсь, ни у кого нет времени на это потратить

😀

Оптоизолированный монитор батареи с микроконтроллером

Реле контроля АКБ

Двухполюсное одинарное сквозное реле

Реле

также можно использовать для измерения напряжения на батареях.Лучшим выбором здесь является двухполюсное одинарное сквозное реле
. Двухполюсное одинарное сквозное реле имеет одинарную катушку и двойные каналы. Когда катушка находится под напряжением, сразу замыкаются два контакта. Так как сделано два контакта. К этому реле в качестве входа могут быть подключены как положительные, так и отрицательные клеммы аккумулятора. Типичный след реле DPST показан с правой стороны. Обычно обе клеммы разомкнуты, и при активации катушки оба полюса перемещаются и замыкают линию цепи, по которой теперь может течь электроэнергия.


Двухполюсные одинарные сквозные реле с батареями и соединениями микроконтроллера показаны ниже. Взгляните, я расскажу о схеме, ее достоинствах и недостатках под диаграммой.

Мониторинг батарей серии

с помощью микроконтроллеров

Схема кажется довольно простой схемой, но у них есть серьезные плюсы и минусы.
Плюсы

  • Для измерения нескольких батарей требуется только один аналоговый канал микроконтроллера.

Минусы

  • Цифровые выводы микроконтроллеров необходимы для активации катушек реле, а для отдельной батареи требуется отдельный вывод. Количество цифровых выводов можно уменьшить с помощью мультиплексоров.
  • Каждое реле должно правильно включаться и выключаться одно за другим. Если два реле случайно включатся одновременно, это будет огромным взрывом из-за короткого замыкания батарей (это случилось со мной).
  • Реле включено-выключено увеличивает время срабатывания контроля напряжения.
  • Требуется цепь управления реле.

Я использовал Arduino Mega для мониторинга кластера из 32 батарей с помощью того же метода реле. Я использовал драйвер реле ULN2003 для управления катушками реле. Вход UL2003 соединен с выходом мультиплексора. Мультиплексор от 4 до 16 используется для управления 2 драйверами ULN2003. Сначала я закоротил 2 батареи, и это обошлось мне дорого, в конце концов я исправил код и вставил некоторые задержки, которые увеличили эффективность оборудования.
Я сделал простой проект своими руками с той же логикой, описанной выше.В проекте используется реле Arduino. Нажмите кнопку ниже, чтобы пройти обучение.

Аналоговые мультиплексоры также могут использоваться вместо реле. Найти подходящий мультиплексор и его конфигурацию так же сложно, как и оптопару. У меня не было большого опыта работы с аналоговыми мультиплексорами, я могу сказать больше о них.

Батареи, подключенные параллельно

Комбинированные батареи соединяются параллельно, чтобы увеличить срок хранения источника или увеличить время, в течение которого источник питания подает подходящее напряжение на нагрузку до того, как потребуется перезарядка.При параллельной комбинации напряжение на каждой батарее остается неизменным. Таким образом, в этом случае мы не можем измерить напряжение отдельной батареи.

Это некоторые из способов, с помощью которых можно контролировать батареи, подключенные последовательно или параллельно. Если у вас есть еще какой-то метод, пожалуйста, дайте мне знать об этом.
Если вы занимаетесь изготовлением схем своими руками или любите электронику, или если вы изучаете электронику, то нижеупомянутый проект для вас. Он контролирует напряжение аккумулятора автомобиля, температуру двигателя и автоматически выключает фары.Ссылка на учебное пособие находится ниже.

Я также сделал проект в Интернете вещей по мониторингу напряжения батареи через Wi-Fi. Теперь пользователь может видеть состояние батареи на смарт-устройствах, таких как мобильные и настольные компьютеры. В проекте используется WiFi-модуль Nodemcu esp8266. Nodemcu Arduino ide используется для написания, компиляции и загрузки кода в WiFi-модуле nodemcu. Ссылка на проект приведена ниже.

Как проектировать экономичные схемы контроля батареи — Precision Hub — Архив

В конструкции портативной электроники типичные системы контроля батареи измеряют напряжение батареи и ток батареи, чтобы определить, когда батарея нуждается в зарядке или замене.В этом посте я продемонстрирую схему контроля напряжения и тока батареи для оптимизированных по стоимости систем, использующих операционные усилители (операционные усилители).

Операционные усилители

, используемые в схемах контроля батарей, должны соответствовать требуемым уровням точности при потреблении минимального тока покоя источника питания, i Q , для продления срока службы батарей. В таблице 1 перечислены основные характеристики двух новых операционных усилителей, семейств TLVx369 и TLVx379, которые разработаны для маломощных и чувствительных к стоимости приложений.

Таблица 1 : Основные характеристики операционных усилителей TLV369 и TLV379

На рисунке 1 вы увидите пример схемы измерения напряжения батареи с использованием TLV379, сконфигурированного как буфер с единичным усилением. Чтобы предотвратить нарушение диапазона синфазного входного напряжения усилителя или колебаний выходного напряжения, батарея разделена с помощью R1 и R2. В этом случае напряжение батареи 1,8–5,5 В создаст выходное напряжение 0,393–1,2 В, что соответствует общему значению 0–1.Диапазон 2 В для аналого-цифровых преобразователей (АЦП) на многих маломощных микроконтроллерах.

Уравнение 1 показывает передаточную функцию для схемы на Рисунке 1. Обязательно используйте резисторы большого номинала для делителя, чтобы минимизировать потребление тока. Вы можете разместить на выходе схемы фильтр нижних частот, чтобы ограничить полосу пропускания сигнала и выходной шум. Однако, как и большинство маломощных операционных усилителей, TLV379 плохо работает при управлении емкостными нагрузками, поэтому проверьте стабильность схемы при проектировании выходных фильтров с емкостями относительно земли.

Рисунок 1: Схема измерения напряжения батареи с использованием TLV379

Основными причинами ошибок в схеме, показанной на рисунке 1, являются допуск резисторов в делителе и напряжение смещения операционного усилителя. Другие источники ошибок возникают из-за CMRR операционного усилителя и входного тока смещения, протекающего через резисторы делителя напряжения.

Таблица 2 использует типичные спецификации TLV379, перечисленные в таблице 1, для расчета ожидаемых характеристик цепи.Допуск резисторного делителя R TOL установлен на 0,1%.

Таблица 2 : Расчет ошибок для цепи измерения напряжения TLV379, показанной на рисунке 1

Измерение падения напряжения на токовом шунтирующем резисторе со стороны низкого напряжения часто является самым простым методом определения тока батареи / нагрузки. На рисунке 2 показан пример схемы измерения тока на стороне низкого напряжения с использованием TLV379. Схема на рисунке 2 была разработана для создания 0V-1.Выходное напряжение 2 В для тока нагрузки 0A-1A, i НАГРУЗКА . Уравнения 2 и 3 вычисляют входное напряжение V IN и выходное напряжение V OUT соответственно; вы можете использовать эти уравнения для настройки схемы для других диапазонов.

На рисунке 2 напряжение шунта V SHUNT было ограничено до 100 мВ с максимальным током нагрузки 1 А; вы можете использовать другие значения V SHUNT в зависимости от допустимой нагрузки. Убедитесь, что вы сделали хорошее соединение по Кельвину (или четырехпроводное) через шунтирующий резистор R S , чтобы уменьшить влияние импедансов печатной платы (PCB).

Рисунок 2: Схема измерения тока батареи низкого напряжения с использованием TLV379

В таблице 3 приведены расчеты ошибок для схемы на рисунке 2. Значения шунтирующего резистора с допусками <1 Ом обычно составляют 1%, что хорошо совпадает с ошибкой TLV379 V OS . Допуск резисторов, устанавливающих усиление, R1 и R2 установлен на 0,1%.

Таблица 3: Расчеты погрешности для цепи измерения тока TLV379, показанной на рисунке 2

Падение напряжения на шунтирующем резисторе в цепи измерения тока нижней стороны влияет на потенциал напряжения нагрузки GND, что нежелательно в некоторых приложениях.На Рисунке 3 показана схема измерения тока батареи на стороне высокого напряжения с использованием TLV369, которая имеет входной каскад с межфазной нагрузкой и CMRR> 100 дБ во всем диапазоне напряжения питания. Схема была разработана для поддержания выходного напряжения ниже 1,2 В при токе нагрузки 1 А и напряжении батареи 5,5 В.

Уравнения 4, 5 и 6 показывают упрощенные передаточные функции для схемы. Напряжение смещения V BIAS , создаваемое резисторным делителем, отодвигает выходное напряжение от отрицательной шины, что позволяет проводить измерения тока до 0 А.Вы должны объединить эту схему с измерением напряжения батареи, чтобы получить значение V BIAS . Хотя я не включил их в этот пост, расчеты ошибок для схемы на Рисунке 3 аналогичны тем, которые показаны в Таблице 3.

Рисунок 3: Схема измерения тока батареи высокого напряжения с использованием TLV369

Электроника с батарейным питанием почти всегда включает в себя схему контроля напряжения и тока батареи для целей измерения и защиты.В этом посте я привел примеры схем для схемы измерения напряжения, а также схем измерения тока как на стороне низкого, так и на стороне высокого напряжения с использованием некоторых из наших новейших операционных усилителей, которые обеспечивают отличное соотношение цены и производительности для систем, чувствительных к стоимости.

Есть вопросы по другим конструкциям операционных усилителей? Авторизуйтесь и оставьте комментарий.

Дополнительные ресурсы

Как сделать схему контроля напряжения автомобильного аккумулятора

Этот простой автомобильный вольтметр с 4 светодиодами создан для того, чтобы мы могли всегда и в любой момент наблюдать за уровнем напряжения аккумуляторной батареи нашего автомобиля.
Для реализации вышеупомянутой функции его необходимо расположить где-нибудь на приборной панели автомобиля, чтобы группа из 4 светодиодов продолжала выступать, на каждом из которых есть этикетка, показывающая имеющееся в данный момент напряжение аккумулятора.
Схема предназначена для выполнения следующего:
— 1-й светодиод загорается от батареи 11 В
— 1-й и 2-й светодиоды загораются от батареи 12 В
— 1-й, 2-й и 3-й светодиоды загораются от батареи 13 В
— 1-й, 2-й, 3-й и 4-й ( все) Светодиоды горят при аккумуляторной батарее 14V
Функциональный аспект цепи вольтметра / монитора автомобильного аккумулятора.
Когда напряжение аккумулятора падает до 11 или 12 вольт, может потребоваться зарядка. Если его около 13 вольт, это подходящая ситуация. На 14 вольт он полностью заряжен. Цвета светодиодов показывают это положение.
Основные элементы схемы — это просто пара функциональных усилителей, используемых в качестве компараторов.
Инвертирующие входы, связанные с этим функционалом, устанавливаются на фиксированные опорные напряжения: 5.1, 4.8, 4.4, 4.1 с использованием стабилитрона D1 и цепи резисторов: R1, R2, R3 и потенциометра VR.
Потенциометр VR используется для незначительных корректировок указанных выше напряжений, которые могут отличаться просто потому, что резисторы имеют неточные значения.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *